Moc i energia prądu. Czym jest kilowatogodzina?

Potrzebne wiadomości: Napięcie, natężenie, moc i czas.

Moc elektryczna

Przeniesienie ładunku q przez napięcie U wiąże się z przekazaniem energii E = Uq. Dla stałego natężenia q = It. Po podzieleniu energii przez czas otrzymujemy:

P=UI.

P oznacza moc, U — napięcie na elemencie, a I — płynące przez niego natężenie. Jeden wat to jeden dżul w ciągu sekundy. Dla opornika spełniającego prawo Ohma można też zapisać P = I²R lub P = U²/R.

O tym, jak zmiana oporu wpływa na moc, decyduje wielkość utrzymywana na stałym poziomie. Przy stałym napięciu większy opór oznacza mniejszą moc. Przy stałym prądzie — większą. Nie ma tu sprzeczności: są to dwa różne warunki pracy.

Energia i jednostki

Przy stałej mocy energia wynosi E = Pt. Jeżeli moc wyrażamy w watach, a czas w sekundach, otrzymujemy dżule. Jeżeli używamy kilowatów i godzin, otrzymujemy kilowatogodziny:

1\ \mathrm{kWh}=1000\ \mathrm{W}\cdot3600\ \mathrm{s}=3{,}6\cdot10^6\ \mathrm{J}.

W symbolu kWh wielkości są mnożone. Zapis kW/h oznaczałby zmianę mocy w jednostce czasu i nie jest jednostką zużytej energii.

Przykład

Element zasilany napięciem 12 V pobiera 0,25 A. Moc wynosi 3 W. W ciągu 10 minut otrzyma energię 3 · 600 = 1800 J, czyli 0,5 Wh. Te liczby opisują ten sam bilans w różnych jednostkach.

W oporniku energia elektryczna zamienia się głównie w energię wewnętrzną, a następnie może być oddawana otoczeniu. W silniku lub lampie rozdziela się między różne postacie. Moc pobierana nie musi więc być równa mocy użytecznej. Gdy urządzenie cyklicznie się wyłącza albo zmienia moc, zamiast bezkrytycznie mnożyć moc znamionową przez cały czas, trzeba zsumować energię w poszczególnych etapach. Omawiane obliczenia nie wymagają wykonywania połączeń z domową siecią elektryczną.

Zadania do tego tematu

• Moc prądu — zadanie: urządzenie zasilane napięciem 12 V
• Energia elektryczna — zadanie: waty, godziny i kilowatogodziny

Dalsza lektura

Materiał referencyjny